船舶配套設備智能化發展戰略研究

湯敏，李沨，曾力，華霖

（武漢船用機械有限責任公司，武漢 430084）

一、前言

船舶配套設備作為海洋工程及高技術船舶的重要組成部分，具有量大、面廣和高技術、高附加值的產業特點，按大類分主要包括機電配套設備、船舶動力系統和電氣自動化系統等。“十一五”以來，政府和行業開始加大自主產品的研發投入，行業得到了快速發展，產業體系不斷完善，重點船用設備及核心部件研制取得了突破，產業規模大幅提升，本土配套設備裝船能力不斷提高。但與發達國家相比，船用設備仍存在產業鏈不完善、設計研發能力薄弱、高端配套幾乎被國外知名品牌壟斷、生產效率和產品可靠性與國際一流品牌產品有很大差距、產品服務能力不足等問題，配套設備發展滯后問題已成為制約造船強國建設的主要瓶頸。

在當前全球制造業格局面臨重大調整、我國經濟發展環境發生重大變化的背景下，新一代信息技術與制造業深度融合的產業變革正在引發深遠影響，以“互聯網+先進制造業”為核心的海洋工程裝備及高技術船舶信息技術革命已成為國家造船業轉型升級、建設制造強國的重要發展方向。船舶配套產業亟需通過設備智能化能力提升，打造有競爭力的品牌產品，形成技術、品牌和產業鏈生態優勢，全面提升產業的研發設計、核心制造、全球服務水平，推動船舶配套產業轉型升級，實現造船強國的戰略目標。

二、國外船舶配套設備產業現狀及未來智能化發展趨勢

（一）國外船舶配套設備產業現狀

從國際配套產業發展趨勢看，以歐洲、日本、韓國為主的國外配套產業在產品技術研發能力、產品質量和售后服務能力等方面占據明顯優勢。近年來，隨著世界船舶制造中心向亞太地區轉移，日本、韓國、歐洲紛紛針對我國造船業的發展制定了相應的船舶配套發展戰略，逐步由技術轉讓、合資合作轉為在中國獨資建廠或向中國出口產品或抬高技術引進門檻從而提高合資的控股比例，同時在售后服務環節不但為本國企業品牌產品也為其他企業品牌產品承擔全球服務業務，我國船舶配套業發展面臨著前所未有的技術來源緊縮的不利形勢[1]。

1.歐洲船舶配套設備產業現狀

歐洲作為造船業的發源地，配套業起步早，歷史悠久，其歷經了多次技術革命，形成了享譽全球的品牌，擁有著強大的品牌效應。在數百年的研發歷程中，始終重視產品先進性、可靠性和穩定性，通過持續技術研發和產品優化，保持著配套設備的高附加值，長期引領著先進配套設備技術。同時，歐洲船舶配套企業依托自身強大的實力，形成了遍布全球的售后服務網絡，在世界范圍內提供便利的維修和升級服務，致力提供產品全生命周期解決方案。此外，歐洲主要配套企業通過跨國集團戰略合作、形成技術合力，爭奪著世界各國配套市場。

2.日本船舶配套設備產業現狀

日本是船舶工業中的后起之秀，自20世紀50年代成為世界造船大國以來，以造船需求拉動著配套業迅速發展，通過技術引進、技術合作、研發資金儲備等方式，促使船舶配套業實現了規模快速擴張。在產業發展期，日本建立了相輔相成的船舶配套業管理體系，政府、行業組織和企業有效分工，按不同專業分工形成集中優勢，規避了企業間的不良競爭，并通過加強技術創新，逐步建立了品種齊全、體系完整、規模龐大的產業體系。現今，日本以穩定的供應系統、高效精益的生產管理模式滿足著95%以上的本土配套裝船率[2]，并實現大量向國外出口，同時借鑒歐洲的經驗，在售后服務方面建立了完善的全球服務體系，并致力于使產品開發、應用與市場需求變化同步。

3.韓國船舶配套設備產業現狀

自20 世紀80年代以來，韓國在政府引導下，積極推進船用設備保護政策，通過限制船舶配套產品進口、協調船廠配套、加強歐洲與日本技術合作引進等方式，逐步建立比較完善的船舶配套體系，使得配套企業技術水平迅速居于先進行列，本土化率達85%。同時，韓國鼓勵加強與國外著名公司的合作，致力提升產品核心競爭力和在世界范圍的品牌影響力。

綜上，國外領先的船舶配套企業以其強大的技術研發能力、精益制造能力和全球化的售后服務能力，構建了規模龐大、高質量、競爭力強的產品體系，并通過高精企業間產業鏈協同合作，始終占據著高端配套行業市場，引領行業發展。

（二）國外船舶配套設備智能化發展趨勢

隨著現代科學技術的發展，以互聯網信息化、大數據分析、人工智能為代表的新一輪技術的高速發展正迅速、深刻地影響著所有產業，全球工業正朝著信息化、智能化的方向邁進。對于船舶工業而言，隨著網絡技術和信息技術的廣泛應用，船舶自動化機電設備、動力設備以及通信導航等電氣系統也正朝著分布型、網絡型和智能型的方向發展[3]，在智能化配套設備支撐下的智能船舶發展成為大勢所趨。

近年來，國際海事組織（IMO）、國際標準化組織（ISO）等國際機構已將智能船舶列為重要議題。IMO 主推的“E-navigation”戰略也是以船舶智能化作為支撐，相關技術規則與標準日漸明晰，國際方面包括中國船級社已設定清晰的規范指南，并設立特定的智能船符號。世界主要造船國家正快速推進船舶智能化進程，競相研制各類智能船舶及相關系統和設備。

現今，隨著自動化技術和信息技術日趨成熟，船舶動力系統和電力系統信息化水平較高，基本實現了數字化控制，如電力系統已實現智能監控和能效管理；動力系統可實現主機、推進器等核心動力設備的狀態監控，部分船型可實現協同控制。然而，船舶配套設備種類繁多，技術覆蓋面廣，技術水平差異大，因此配套設備的數字化、網絡化、智能化程度參差不齊，有些設備仍依賴人力操作，無自動化能力；有的設備通過人工下達控制指令，初步實現了數字化；有的設備具備一定的自主分析決策能力，具備智能化功能。可以說，中國與世界造船發達國家在船用機電設備智能化研究領域基本處于同一起跑線，誰先突破配套設備智能化關鍵技術，打造有競爭力的智能化配套設備，誰就能搶占新局勢下的智能船舶配套市場。

在智能船舶新一輪技術革命的沖擊下，國際領先的船舶配套公司已經著手與自動化控制公司進行強強聯合，力圖打造新一代智能船舶生態體系，成為向未來海事行業提供解決方案的重要戰略供應商，爭奪智能船舶配套市場。例如，2018年7 月，羅爾斯羅伊斯公司（Rolls-Royce）將旗下的商用船舶業務向康士伯集團出售，包括船用配套（推進系統、甲板機械、自動控制系統等）、船舶遠程健康管理系統船舶設計和售后服務業務，此次合并意味著智能船舶領域新巨頭的誕生。

三、國內配套設備產業現狀及智能化發展需求

（一）國內船舶配套設備產業現狀

近年來，我國造船業發展迅速，已多年位居世界第三，且世界十大頂級船企中國占兩席，中國船舶總裝建造的世界影響力越來越大。然而，國內船舶配套企業在世界知名船舶配套企業排名中卻名落孫山，船舶配套設備國產化率為30%～40%，甚至某型高技術船舶自主配套率不足5% [4]，制約著我國造船工業的高速發展。

1.核心配套體系不健全，戰略引領不足

從產品分布特點和產業鏈布局來看，我國船舶配套業生產的產品包括甲板機械部分產品、艙室機械少部分產品、動力裝置產品和大部分舾裝件，在自動化系統（動力定位）、船舶艙蓋等高技術產品方面被國外少數品牌壟斷，甲板機械的高壓泵、高精度液壓伺服控制閥等核心元件還依賴進口。同時，國內配套企業呈現規模小、數量多、配套產業集成度不高、規模效應不明顯等問題，例如中國共有11 家船用低速機制造企業，產品處于同質化競爭格局，企業在高壓競爭下一直為生存和規模焦慮，缺乏一以貫之的發展戰略規劃和持之以恒的做專做精精神，盲目的低水平的競爭狀況驗證，企業市場競爭力不強。

2.研發投入不足，技術積累不夠

受制于行業前景及企業效益等多方原因，我國船舶配套產品體系和技術體系還不夠完備，創新模式仍屬追隨型，對新技術的研發投入不夠，海洋工程裝備和高技術船舶配套設備占比明顯低于日本和韓國，特別是在深水裝備方面差距更為明顯。同時，在產品交付后的跟蹤機制也不健全，新產品研發和傳統產品迭代升級周期長，面向研發知識的積累機制不健全，且技術團隊不穩定，缺乏有力的持續發展動力。

3.工程整體解決能力不足，產品競爭力不強

國內船舶配套企業注重產品研發而不太關注制造、安裝、應用、維護等工程技術研究，專業化制造能力和精細化管理水平與國外行業差距明顯。例如，在配套設備研制過程中基本不具備產品質量追溯能力，一旦出現因裝配導致的質量問題，后續對設備的維修成本極高，影響企業運營成本、生產效率、產品不良品率等一系列指標，難以建立產品的品牌效應。

4.產品服務能力不足，運維成本高

國內企業服務意識薄弱，全球服務網絡不健全，服務對產業的回饋不夠。此外，國內船舶配套產品在故障診斷、監測與服務保障技術方面，相關的技術研究和應用成果比較單薄，整體應用的基礎環境非常欠缺。機電設備隨船運行，離岸基本無法維修，維修只能進塢進行，導致時間損失及成本損失巨大，在這樣的維保過程中，配套設備故障的修復時間長、售后效率低等問題就無法避免。

（二）國內船舶配套設備智能化發展需求

對標國外船舶配套產業致力提升智能化產品技術研發能力、精益制造能力和全球化的售后服務能力的發展趨勢，結合我國配套產業發展現狀，國內船舶配套亟需通過智能化技術應用，解決產品質量及技術積累問題，保障產品一次交付成功、產品可靠性高；解決產品核心競爭力不足問題，降低產品設計成本、制造周期，提高維護效率；滿足新規范要求下綠色、安全、環保的需求；減輕國內勞動力瓶頸，減少設備制造人員和人工成本；降低設備運營成本壓力，研制少人化、低能耗、高效率的設備；滿足新形勢下高端、個性化的需求，提供設備集成、安裝交付和運維保障服務整體解決方案，最終提升產品質量和競爭力，推動船舶配套產業轉型升級，實現造船強國的戰略目標。

四、配套設備智能化發展對策及展望

（一）總體思路

按照《中國制造2025》對海洋工程與高技術船舶在2025年實現船舶工業制造強國的要求，圍繞高技術船舶和海洋工程裝備技術規范和行業發展需要，面向船舶設備行業需求和特點，以全面數字化、核心智能化為抓手，以補齊產業短板、推動設備智能化升級為總體目標，整體規劃、分步實施，打造有競爭力的品牌產品，形成技術、品牌和產業鏈生態優勢，全面提升產業的研發設計、核心制造以及全球服務水平。

（二）實施路徑

圍繞船舶配套設備自主設計、集成配套、核心制造和全生命周期服務的需要，以突破智能化關鍵技術、打造智能化制造和智能化產品為主線，整合產業鏈優勢資源，分步實施，逐步提升產品的研發能力、制造能力、服務能力的智能化水平，借鑒亞琛工業大學對工業4.0 發展路徑的研究成果，實施路徑如圖1 所示。率先實現船舶配套的數字化，在產品研制過程中建立集成互聯的信息化系統，實現產品遠程監控；在數字化基礎上實現船舶配套網絡化，建立透明化、可視化和基于數據決策產品制造和管理環境，實現產品遠程操控、數據輔助決策和優化；在數字化、網絡化基礎上實現船舶配套智能化，實現智能制造系統的預測和自適應優化，實現設備無人操作、自適應控制和自主維護。

圖1 船舶配套設備智能化實施路徑

（三）頂層架構

針對船舶配套設備的離散制造產業特點，建立“1 個集成環境+3 個重點方向”的數字工廠頂層架構，如圖2 所示。“1 個集成環境”指圍繞企業核心管理和決策建立智能化集成環境、數據體系和基礎環境，“3 個重點方向”指面向產品研發、制造和服務過程，建立智能化虛擬設計環境、智能化精益生產環境和智能化產品數字孿生環境，構建產品全生命周期過程產業基石，并基于藍圖逐步實現。

（四）發展建議

按照制造強國戰略部署，圍繞自主設計、集成配套、核心制造和全生命周期服務需要，聚焦產業發展戰略定位，通過先進的智能制造技術，大幅提升產業能力，加快推進我國船舶配套高質量發展進程，具體發展建議如下：

1.項目牽引，示范引領

以國家科研計劃為強力牽引，圍繞項目實施、監控、評價與改進全過程，強化科研項目的示范性和帶動性，強化項目對產業的示范引領作用，不能唯項目論。

2.需求第一，架構第一

開展需求研究，以需求為導向，實現多領域融合（船船、船港、船岸等）、多設備融合，提供整體解決方案，提升協同效率。同時建立合理科學的產品架構（產品平臺化、功能模塊化、系統集成化），基于去中心化的思路，才能更靈活地適應市場需要。

3.開放合作，跨界融合

鼓勵行業內外開放，在跨界融合模式下推進產品創新、品牌合作和市場營銷合作，借助開放合作的力量，獲取更多的資源，形成更大的優勢。在新需求的驅動下，以新科技和新平臺為依托，將現有產業領域和要素資源，經過相互滲透、融合或裂變，整合利用到一起，實現產業價值鏈的延伸或突破。

圖2 船舶配套設備智能化頂層架構